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1、2022-2023学年高中物理第三章热力学第一定律章末盘点知识整合与阶段检测讲义含解析粤教版选修3 热力学基础热力学第一定律的理解及应用1表达式UQW2U、Q、W的正负问题凡有利于物体内能增大的，取正号，如内能增加U为正，外界对物体做功W取正号，外界给物体传递热量Q取正号，反之取负号。3综合问题要理解内能概念记住影响内能大小的因素，对于气体要抓住体积变化是是否做功的标志(V变大，对外做功，反之对内做功)，对于理想气体要抓住温度变化是内能变化的标志(T升高，内能变大，反之，内能减小)，要特别注意，该类问题的状态变化规律，往往与气体的实验定律结合进行判断求解。4解题思路分析题干确定内能改变的手段(
2、W、Q)判断W、Q的符号代入公式UWQ得出结论例1(重庆高考)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()A对外做正功，分子的平均动能减小B对外做正功，内能增大C对外做负功，分子的平均动能增大D对外做负功，内能减少解析气体膨胀，体积增大对外做功；由热力学第一定律UWQ，由于是绝热过程，故气体内能减少，气体温度降低，分子的平均动能减小。答案A热力学第二定律及其微观实质1热力学第二定律的克劳修斯和开尔文表述(1)热传导具有方向性：热量不能自发地从低温物
3、体传到高温物体。(2)机械能与内能转化的方向性：不可能从单一热源吸收热量，使之完全用来做功，而不产生其他影响。2热力学第二定律熵的表述与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行，即总是朝着熵增加的方向进行。3微观实质热力学第二定律的几种表述虽然角度不同，但反映的实质是等价的，即都揭示了自然界宏观过程的方向性。例2下列说法正确的是()A冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵从热力学第二定律B空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等C自发的热传导是不可逆的D不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为违背热力学第一定律解析有外界的帮助和影响，热量可以
4、从低温物体传到高温物体；空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量；不可能通过给物体加热而使它运动起来，违背了热力学第二定律。选项C正确。答案C能量守恒定律的应用1.意义能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化，但总能量守恒。2应用能量守恒定律解题的方法步骤(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。(2)分别写出减少的能量E减和增加的能量E增的表达式。(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程：E减E增某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量与增加量一定相等。某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量
5、一定相等。(4)解方程，代入数据，计算结果。例3水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达到每秒6 000 m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差50 m，若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率。(g取10 m/s2)解析每秒钟流下的水的质量为：mV11036 000 kg6106 kg每秒钟水减少的机械能为：Emgh61061050 J3109 J设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得：PE解得：P310950% W1.5109 W。答案1.5109 W(时间：90分钟满分：100分)第卷(选择题，共48分)一、单项选择题(本题共7
6、小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)1下述做法能改善空气质量的是()A以煤等燃料作为主要生活燃料B利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源C鼓励私人购买和使用汽车代替公交车D限制使用电动车解析：选B以煤为燃料会有SO2等物质生成，污染空气，燃油车增多，污染物排放越多，空气质量下降，故A，C错误；使用电动车和用太阳能、风能和氢能，无污染物排放，不影响空气质量，故B正确，D错误。2关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是()A热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律
7、是相互矛盾的B内能可以转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律解析：选B热力学第一定律和热力学第二定律并不矛盾，对于机械能和内能的转化所具有的方向性也是存在的，故B正确。3下列过程中，可能发生的是()A某工作物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响B打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发溢进去，恢复原状C利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高D将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开解析：选C
8、根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些物理手段是可以实现的，故C项正确；内能转化为机械能不可能自发地进行，要使内能全部转化为机械能必定要引起其他影响，故A项错；气体膨胀具有方向性，故B项错；扩散现象也有方向性，D项也错。4.如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内。当温度稍微升高时，球的体积会明显变大。如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等。则()AA球吸收的热量较多BB球吸收的热量较多C两球吸收的热量一样多D无法确定解析：选BA、B两球升高同样的温度，体积又相同，则二者内
9、能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收热量多。故B项正确。5“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是()A能量被使用后就消失了，所以要节约能源B自然界中石油、煤炭等能源是可再生资源，可供人类长期使用C能量被使用后虽然没有减少，但可利用的品质下降了，所以要节约能源D人类可以不断开发和利用风能、太阳能等新的能源，所以能量可以被创造解析：选C能量守恒定律告诉我们，能量是不会减少的，煤炭、石油、天然气等化石能源使用后，化学能转化为内能耗散了，虽然总能量没有减少，但是可以利用的品质降低了，故
10、依然要节约能源，选项A错误，C正确；自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，选项B错误；人类不断地开发和利用新的能源，如风能、太阳能，本质上都来源于太阳，符合能量守恒定律，选项D错误。6某校中学生参加电视台“异想天开”节目的活动，他们提出了下列四个设想方案，从理论上讲可行的是()A制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功B制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下C汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝D将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题解析：选D根据热力学第二定律知道，在不产生其他影响时，内能不能全部转化为
11、机械能，因此从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响是不可能实现的，选项A错误；绝对零度是温度的极值，是不能达到的，选项B错误；有害气体和空气不可能自发地分离，选项C错误；利用太阳能最有前途的领域是通过太阳能电池将太阳能转化为电能再加以利用，选项D正确。7.A、B两装置，均由一支一端封闭，一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内)，水银柱上升至如图所示位置停止，假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法中正确的是()AA中水银的内能增量大于B中水银的内能增量BB中水银的内能
12、增量大于A中水银的内能增量CA和B中水银体积保持不变，故内能增量相同DA和B中水银温度始终相同，故内能增量相同解析：选B外界大气压力对水银做功，使水银进入试管内，两装置将同样多的水银压入管中，故大气压力做功是相同的，这些功一部分增加了水银的重力势能，另一部分增加了水银的内能。由于A管中水银重心高，增加的重力势能大，故A管中水银内能的增量小。二、多项选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分。在每小题给出的选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)8如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂，关于这一现象的描述，下列说法正确的是(暴
13、晒过程中内胎容积几乎不变)()A车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果B在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大C在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能增加D在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少解析：选BD这是一个等容变化，温度升高，压强增大，在车胎爆裂的瞬间，气体对外做功，内能减少，故选项B、D正确。9下列关于系统的内能的说法正确的是()A系统的内能是由系统的状态决定的B分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的C做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能D气体在大气中做绝热膨胀时做了功，但气体的内能不变解析：选AB系统
14、的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，由系统的状态决定的，A选项正确；因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的，B选项正确；做功和热传递都可以改变系统的内能，C选项错误；气体做绝热膨胀时对外界做了功，且与外界没有热交换，所以系统的内能要减少，故D选项错误。10对于一定量的理想气体，下列说法正确的是()A若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B若气体的内能不变，其状态也一定不变C若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关E当气体温度升高时，气体的内能一定增大解析：选ADEp、V不变，则
15、T不变，气体的内能不变，故选项A正确；内能不变，温度不变，p、V可能变化，选项B错误；气体温度升高，压强不一定增大，选项C错误；气体温度每升高1 K吸收的热量与气体对外做功多少有关，即与经历的过程有关，故选项D正确；温度升高，理想气体的内能一定增大，选项E正确。11.如图所示，水平固定不动、导热性能良好的气缸内用活塞封闭着一定质量的空气，外界温度恒定。一条细线的左端连接在活塞上，另一端跨过定滑轮后连接在一个小桶上，开始时活塞静止。现在不断向小桶中添加细砂，使活塞缓慢向右移动(活塞始终未被拉出气缸)。忽略气体分子间的相互作用，则在活塞移动过程中，下列说法正确的是()A气缸内气体分子的平均动能变小
16、B气缸内气体的压强变小C气缸内气体向外放出热量D气缸内气体从外界吸收热量解析：选BD将活塞作为研究对象有p0SpST。向小桶中添加细砂时，拉力T增大，则p减小，B正确，因活塞缓慢移动，又气缸导热性能良好，则气体温度不变，内能不变，分子的平均动能不变，A错，向右移动时气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体吸热，D对、C错。12.(2016海南高考)一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其pV图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是()A气体经历过程1，其温度降低B气体经历过程1，其内
17、能减小C气体在过程2中一直对外放热D气体在过程2中一直对外做功E气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同解析：选ABE气体经历过程1，压强减小，体积变大，膨胀对外做功，内能减小，故温度降低，选项A、B正确。气体在过程2中，根据理想气体状态方程C，则开始时，气体体积不变，压强减小，则温度降低，对外放热；然后压强不变，体积变大，膨胀对外做功，则温度升高，吸热，故选项C、D错误；无论是经过过程1还是过程2，初、末状态相同，故内能改变量相同，选项E正确。第卷(非选择题，共52分)三、非选择题(本题共5小题，共52分。填空题要把正确结果填在相应横线上或按要求作答；计算题要有必要的文字说明和演算步骤，
18、有数值计算的要注明单位)13(6分)(江苏高考)如图所示，内壁光滑的气缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在气缸内，外界大气压强为p0。现对气缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2。则在此过程中，气体分子平均动能_(选填“增大”、“不变”或“减小”)，气体内能变化了_。解析：气体等压膨胀，由C可知T增大，所以气体分子平均动能增大。由热力学第一定律可得：UQp0(V2V1)。答案：增大Qp0(V2V1)14(10分)(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃。随着人类文明的进步，出现了 “钻木取火”等方法。“钻木取火”是通过_方式改变物体的内能，把_转变成内能
19、。(2)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图所示。这是因为烧瓶里的气体吸收了水的_，温度_，体积_。解析：(1)“钻木”的过程是做功的过程，是把机械能转化为内能的过程。(2)烧瓶里的气体吸收热量后，由热力学第一定律知，气体的内能增加，因而温度升高，体积增大。答案：(1)做功机械能(2)热量升高增大15(10分)铅弹以速度v200 m/s射入木块后停在木块中，木块没有移动。增加的内能的80%使铅弹的温度升高，铅弹温度升高多少？c铅0.13103 J/(kg)解析：铅弹在射入木块的
20、过程中，子弹克服阻力做功，机械能减少，子弹刚好静止时，机械能已完全转化为内能。铅弹在射入木块的过程中：WUmv2对铅弹：80%Uc铅 mt由两式得：t 123 。所以铅弹温度升高123 。答案：123 16(12分)如图所示A、B汽缸的长度和截面积分别为30 cm和20 cm2，C是可在汽缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D为阀门。整个装置均由导热材料制成。起初阀门关闭，A内有压强pA2.0105 Pa的氮气。B内有压强pB1.0105 Pa的氧气。阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡。(1)求活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强；(2)活塞C移动过程中A中气体是吸热还是放热？简要说明理
21、由。(假定氧气和氮气均为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略)解析：(1)由玻意耳定律：对A部分气体有：pALSp(Lx)S，对B部分气体有：pBLSp(Lx)S，代入相关数据解得： x10 cm，p1.5105 Pa。(2)活塞C向右移动的过程中A中气体对外做功，而气体发生等温变化，内能不变，由热力学第一定律WQU知Q0，故A中气体从外界吸热。答案：(1)10 cm1.5105 Pa(2)吸热理由见解析17.(14分)如图所示，一导热汽缸放在水平面上，其内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮组与一重物连接，并保持平衡，已知汽缸高度为h，开始活塞在汽缸中央，初始温度为t摄氏度，活塞面积为S，大气压强为p0。物体重力为G，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞上升x，封闭气体吸收了Q的热量。(汽缸始终未离开地面)求：(1)环境温度升高了多少度？(2)气体的内能如何变化？变化了多少？解析：(1)活塞缓慢移动，任意状态都处于平衡状态，故气体做等压变化，由盖吕萨克定律可知：得TT(273t)(273t)。(2)设汽缸内压强为p，由平衡条件得：pSp0SG封闭气体对外做功WpSx(p0SG)x由热力学第一定律得：UQ(W)Q(p0SG)x。答案：(1) (273t)(2)内能增加Q(p0SG)x
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